金屬單晶表面上有機分子的有序結構的研究.pdf

1、由于其廣闊的應用前景,有機半導體電子器件受到人們的廣泛關注。而絕大多數(shù)有機器件都是基于薄膜結構的,所以薄膜的制備和結構以及界面的特性對于有機器件的性能具有決定性的影響。與之相關的基礎研究,如薄膜生長機制以及有機器件的界面電子和幾何特性,對深入了解有機器件的工作機理以及對于有機發(fā)光器件設計具有重要的理論意義。本文利用光電子譜(Photoemission Spectroscopy,PES),低能電子衍射(Low-energyElectron

2、 DiffracTiO2,LEED)和掃描隧道顯微鏡(Scanning Tunneling Microscopy,STM)等現(xiàn)代表面測試手段,結合基于第一性原理的理論計算,對有機半導體薄膜的生長行為以及有機/金屬界面的電子和幾何特性進行了研究。
　　 在超高真空中,利用有機分子束外延技術,通過精確控制生長條件,選擇合適的有機分子以及金屬襯底,成功地制備了有序的單層有機薄膜。利用低能電子衍射和掃描隧道顯微鏡,對這些有機材料的生長和

3、結構特性進行了原位研究。對有機小分子perylene和tetracene在Ag(110)表面生長的研究表明:在沉積厚度為一個單層時,通過適當?shù)耐嘶?perylene和tetracene都能形成長程有序的結構。更為重要的是,在兩種有機單層薄膜中,分子都是成對出現(xiàn)。這表明分子與襯底之間作用力比較弱的時候,分子與分子之間作用力在薄膜生長過程中起到重要的作用。對有機小分子tetracene在Ru(10(1)0)表面的生長研究表明:分子與襯底之間

4、有較強的相互作用力,tetracene在Ru(10(1)0)表面上不能形成有序單層結構。Tetracene分子平面平行于襯底表面,分子長軸沿襯底的兩個主軸取向的概率相當。金屬表面上有序單層有機薄膜的形成是分子-分子、分子-襯底之間作用力綜合平衡的結果。
　　 由于不能同時在STM圖中得到吸附層和襯底的結構,分子的吸附位置和吸附高度很難確定?；趯Ρ∧ず鸵r底的結構以及對稱性的了解,加上基于第一性原理的理論計算,可以很好地解決這一難

5、題。基于Gaussian98的計算表明,在Ag(110)表面,單個perylene分子吸附在短橋位置最穩(wěn)定,此時的吸附高度是3.4(A),分子長軸與襯底[1(1)T0]方向夾角為50°。基于Dmol3的計算表明:tetracene分子在Ag(110)表面形成的明暗交替的有序結構,是相鄰的tetracene分子在不同的吸附位置有不同的吸附高度造成的?；贕aussian03的計算表明:tetracene分子在Ru(10(1)0)表面的兩個

6、很穩(wěn)定的吸附位置分別是,當分子長軸沿襯底[0001]方向時的短橋位和沿[1(2)10]時的空位,對應的吸附高度分別是2.2(A)和2.5(A),遠小于其在Ag(110)表面的吸附高度,也說明tetracene分子與Ru襯底之間較強的相互作用。
　　 本文還利用光電子能譜對有機半導體perylene與Ag(110)和tetracene與Ru(10(1)0)的界面電子性質進行了研究。研究結果表明:有機分子在沉積過程中發(fā)生極化現(xiàn)象,在

7、膜厚約為單層時,極化達到最大。之后,隨著膜厚的進一步沉積,分子間發(fā)生退極化。通過實驗,我們發(fā)現(xiàn)弄清楚了有機分子在金屬表面的極化對金屬/有機半導體界面功函數(shù)的貢獻。Perylene與Ag襯底的相互作用比較小,tetracene與Ru襯底的相互作用比較強。不同金屬對有機半導體價帶結構的影響不相同。價帶結構隨著有機膜厚的增加發(fā)生明顯的改變,隨著有機膜厚的增加,金屬對有機分子的影響減弱,從而改變了金屬表面上有機材料的價帶分布。這些結果有助于深入